Real:Digital - die Integration zweier Welten

Reale Experimente als traditionelles Medium im Physikunterricht ermöglichen Lernenden unmittelbare Erfahrungen mit physikalischen Inhalten und Methoden. Digitale Medien als innovative Elemente des Physikunterrichts gewinnen im Prozess der fortschreitenden Digitalisierung zunehmend an Bedeutung. Das Forschungsprojekt „Real:Digital - die Integration zweier Welten“ untersucht die integrative Nutzung dieser Medien sowie deren Konzeption auf Grundlage multipler Repräsentationen.

  • Welche Einstellungen besitzen Lernende und Lehrende gegenüber Experimenten und digitalen Medien?
  • Welche Gelingensbedingungen gelten für die sinnstiftende Nutzung von Experimenten und digitalen Medien im Physikunterricht? 

Diese und weitere Fragen werden im Projekt „Real:Digital“ diskutiert. Zudem wird die Entwicklung spezifischer Unterrichts- und Lehrkonzepte angestrebt, die es Lernenden ermöglichen von den jeweiligen Vorzügen realer Experimente und digitaler Medien zu profitieren. „Real:Digital“ umfasst aktuell folgende Teilprojekte:

1. BMBF-Projekt „smart for science - Gelingensbedingungen zum Einsatz schülereigener Smartphones im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht“ (Förderzeitraum 2019-2022, Bianca Niedermeier)

Die Möglichkeit, mit Smartphones Experimente durchzuführen und Daten zu erfassen, stellt eine vielversprechende Option für den Physikunterricht dar. Besonders vom Einsatz schülereigener Smartphones wird vermutet, dass er motivierend wirken kann. Aufgrund der relativ jungen Entwicklung ist allerdings noch nicht bekannt, ob und wie Smartphones lernförderlich in den Unterricht integriert werden können. Vor diesem Hintergrund thematisiert das BMBF-Projekt smart for science die Gelingensbedingungen für den Einsatz von Smartphones im naturwissenschaftlichen Unterricht und untersucht diese im Rahmen dreier Workshoptage im Themenfeld Elektromobilität aus den Fachperspektiven Mathematik, Physik und Chemie. Im Rahmen des Physikworkshops werden mit dem Smartphone per Bluetooth Messdaten erfasst und ausgewertet. Dabei wird der Einsatz von schülereigenen gegenüber schuleigenen Smartphones empirisch untersucht.

2. Promotionsprojekt „Einstellungen von Lernenden gegenüber digitalen Medien zu einem Schülerexperiment" (Philipp Wichtrup)

Inhaltsbeschreibung folgt in Kürze.

3. Promotionsprojekt „Wie lassen sich multiple Repräsentationen konzipieren und arrangieren, um Lehr-Lernprozesse zu fördern?“ (Paul Schlummer)

Neben der Entwicklung von neuen Unterrichtskonzepten befasst sich das Projekt Real:Digital auch allgemein mit der Frage: Wie lernen Schülerinnen und Schüler mit verschiedenen Repräsentationen im Physikunterricht? In klassischen Lehr-Lernsituationen kommen dabei von je her eine Vielzahl verschiedener Repräsentationsformen für physikalische Inhalte zum Einsatz, z. B. Texte, Experimente, Tabellen, Formeln, Grafiken, Diagramme, und seit einiger Zeit auch Videos, interaktive Simulationen, Animationen und vieles mehr. Lernenden fällt es dabei oft schwer, die verschiedenen Darbietungsformen aufeinander zu beziehen und die enthaltenen Informationen zu einem kohärenten mentalen Modell eines physikalischen Sachverhaltes zusammenzufügen. In digitalen Lernumgebungen werden häufig viele verschiedene Repräsentationsformen in stark verdichteter Weise dargeboten. Dies kann einerseits als große Stärke beim Einsatz neuer Medien im Physikunterricht gesehen werden, birgt aber andererseits auch neue Herausforderungen für die Lernenden und wirft die Frage nach sinnvollen Gestaltungsprinzipien für Lernumgebungen auf, die digitale Elemente mit real erfahrbaren Experimenten kombinieren. Das Teilprojekt möchte sowohl die kognitiv-psychologische Ebene des Lernens mit multiplen Repräsentationen in den Blick nehmen, als auch empirisch konkrete Gelingensbedingungen des Einsatzes multipler Repräsentationen im Physikunterricht erforschen.

Publikationen (Auswahl):

  • Friege, G., Laumann, D. & Wichtrup, P. (Hrsg.) (2019). Schlüsselexperimente – real und digital. Naturwissenschaften im Unterricht Physik 29(171/172).
  • Vogelsang, C., Finger, A., Laumann, D. & Thyssen, C. (2019). Vorerfahrungen, Einstellungen und motivationale Orientierungen als mögliche Einflussfaktoren auf den Einsatz digitaler Werkzeuge im naturwissenschaftlichen Unterricht. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften.
  • Vogelsang, C., Laumann, D. Thyssen, C. & Finger, A. (2019). Den Einsatz digitaler Medien im naturwissenschaftlichen Unterricht lehren – Untersuchung der Lehrinitiative Didaktik:digital im Spannungsfeld von standortübergreifender Wirkungsanalyse und standortspezifischer Evaluation. In S. Heuchemer, S. Spöth & B. Szczyrba (Hrsg.): Hochschuldidaktik erforscht Qualität – Profilbildung und Wertefragen in der Hochschulentwicklung III (S. 115-127). Köln: Cologne Open Science.
  • Laumann, D. (2018). Integrativer Einsatz realer und interaktiver digitaler Repräsentationen in der Physik. In M. Schuhen & M. Froitzheim (Hrsg.): Das Elektronische Schulbuch 2017. Fachdidaktische Anforderungen und Ideen treffen auf Lösungsvorschläge der Informatik (S. 41-54). Münster: LIT.
  • Laumann, D. & Wichtrup, P. (2018). Es schwingt und klingt – Interaktive Webanwendung zur Akustik. In J. Maxton-Küchenmeister & J. Meßinger-Koppelt (Hrsg.): Naturwissenschaften digital: Toolbox für den Unterricht (S. 52-55). Hamburg: Joachim Herz Stiftung Verlag.

Projektleitung: Daniel Laumann, Susanne Heinicke, Stefan Heusler

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